显示标签为“EMERSON”的博文。显示所有博文
显示标签为“EMERSON”的博文。显示所有博文

2012年9月10日星期一

FWI-SS3-series Soft Starter


FWI-SS3-series Soft Starter
    
FWI-SS3-series Soft Starter is a new type start-up equipment which integrates electric force and electronic techniques,computer technique and modern control theory. It is the new generation product to replace the conventional Star-delta Starter, Self-coupling voltage-drop Starter and Magnetic control voltage-drop Starter.
Description :
  • Advanced soft starter type: "voltage control type" and "current limiting type"
  • capacity to Motor effectively, so it could save the cost.
  • Intelligent, digital and single chip control.
  • Man-machine conversation function.
  • Delay starting function. Operation current displayed.
  • Failure self-diagnosis.
  • Natural wind cooling. Space saving.
  • Can reduce the starting stress of motor and other loading equipments, so that lengthen their service life.
  • The function of soft stopping can solve effectively the surging problem of inertia system when stopping.
  • The perfect and reliable protection features, can give the effective protection to the operator's safety as well as the motor and matched equipments. Such over voltage; over current, over load, over heat, short circuit, lower voltage, input or output phase failure; three phase imbalance, starting time over long protection etc.
  • The application of intelligent and network technique make the FWI-SS3 type Soft Starter meet the high -tech development of Electrical force automated technique effectively.
The reliable function and quality is the basic of the best service. even more, we can supply the special designing and functions of product matched to your need , and , the timely and perfect application consulting service.
Application:
Knitting Machine, compressor, extruding machine, injection machine, motor, braiding machine, pressure fan, forced draught blower, blower, blowing machine, blow molding machine, root's blower, film blowing machine, cutter bar, cut-off machine, slitter, Cutting machine, conveyor, pump, grinder, cluster, glazing machine, polisher, polishing machine, laundry-drier, drying machine, ball crusher, ball grinding mill, drawing machine
VTdrive EMI Filter & Reactor suit for Branding as follows:
ABB, SIEMENS, DANFOSS, VACON, SEW, LENZE, PETER ELECTRONIC, LEISTER, WATT DRIVE, KEB, BONFIGLIOLI, NORD, CAG ELECTRIC MACHINERY, INTECNO, SYCOTEC, KB ELECTRONICS,  TDE MACNO SPA, GEFRAN, CONTROL TECHNIQUES, PEPPERL FUCHS, GRUNDFOS, VEM MOTORS, BR INDUSTRI-ELEKTRONIK, RK ROSE+KRIEGER, CARLO GAVAZZI, LEROY SOMER, VERLINDE, TRANSTECNO, STAHL CRANE SYSTEMS GMBH, MIYACHI, DEMAG CRANES COMPONENTS, ABM, ROSSI, COGNITO QUAM, GE, AIRTECNICS, Delta, Teco, Toshiba, Mitsubishi, fuji, Yaskawa, Hitachi, Omron, Panasonic, HYUNDAI, LS/LG
Key Words / Main Products:
frequency inverter, AC Drives, frequency converters, frequency changers, adjustable speed drives (ASD), adjustable frequency drives (AFD), variable frequency drives (VFD), variable speed drives (VSD), Soft Starters, Soft Stop, Soft Starters for AC Motor, Motor Starters,  Motor Soft Starters, EMI filter, Input EMI Filters, Output EMI Filters, AC Choke, AC Reactor, Input AC Choke, Output AC Choke, Input AC Reactor, Output AC Reactor, DC Choke, DC Reactor, Input DC Choke, Output DC Reactor, Input DC Reactor, HMI, Human Machine Interface,PLC,Programmable Logic Controller, Servo Drive, Servo Motor, Servo Motor & Drive, Servo Motor & Drive System

V5-J integration energy-saving control cabinet




V5-J integration energy-saving control cabinet
    
V5-J energy-saving control cabinet, has the following characteristics:
◆ Based on high performance sensorless vector control platform.
◆ High energy saving rate, high return on investment to meet the injection moulding machine, air compressor, central air conditioning and other energy-saving project needs.
◆ Perfect stand-alone duct design, the latter part, at the top of the fan can be easily dismantled for easy maintenance; dust, corrosion, environmental adaptability.
◆ With superior load capacity, the frequency stability without tripping operation at any time and any impact deceleration load conditions, high efficiency.
◆ Can be achieved power frequency and convert frequency switching.
◆ Frequency operation when the switch to Support Y-△ starting.
Application:
Knitting Machine, compressor, extruding machine, injection machine, motor, braiding machine, pressure fan, forced draught blower, blower, blowing machine, blow molding machine, root's blower, film blowing machine, cutter bar, cut-off machine, slitter, Cutting machine, conveyor, pump, grinder, cluster, glazing machine, polisher, polishing machine, laundry-drier, drying machine, ball crusher, ball grinding mill, drawing machine
VTdrive EMI Filter & Reactor suit for Branding as follows:
ABB, SIEMENS, DANFOSS, VACON, SEW, LENZE, PETER ELECTRONIC, LEISTER, WATT DRIVE, KEB, BONFIGLIOLI, NORD, CAG ELECTRIC MACHINERY, INTECNO, SYCOTEC, KB ELECTRONICS,  TDE MACNO SPA, GEFRAN, CONTROL TECHNIQUES, PEPPERL FUCHS, GRUNDFOS, VEM MOTORS, BR INDUSTRI-ELEKTRONIK, RK ROSE+KRIEGER, CARLO GAVAZZI, LEROY SOMER, VERLINDE, TRANSTECNO, STAHL CRANE SYSTEMS GMBH, MIYACHI, DEMAG CRANES COMPONENTS, ABM, ROSSI, COGNITO QUAM, GE, AIRTECNICS, Delta, Teco, Toshiba, Mitsubishi, fuji, Yaskawa, Hitachi, Omron, Panasonic, HYUNDAI, LS/LG
Key Words / Main Products:
frequency inverter, AC Drives, frequency converters, frequency changers, adjustable speed drives (ASD), adjustable frequency drives (AFD), variable frequency drives (VFD), variable speed drives (VSD), Soft Starters, Soft Stop, Soft Starters for AC Motor, Motor Starters,  Motor Soft Starters, EMI filter, Input EMI Filters, Output EMI Filters, AC Choke, AC Reactor, Input AC Choke, Output AC Choke, Input AC Reactor, Output AC Reactor, DC Choke, DC Reactor, Input DC Choke, Output DC Reactor, Input DC Reactor, HMI, Human Machine Interface,PLC,Programmable Logic Controller, Servo Drive, Servo Motor, Servo Motor & Drive, Servo Motor & Drive System

V5-H high performance vector control inverter




V5-H high performance vector control inverter
    
V5 series inverter base on high performance vector control technology platform.
 ◆Vector Control 1:
 Offering excellent vector control performance and insensitive to motor parameters.
 Startup torque: 0.50Hz 180% rated torque
 Speed adjustment range: 1:100
 Speed stabilization precision: ± 0.5%
 0.50Hz controlble motor stable operation with 150% rated torque.
 ◆Vector Control 2 (Without Encoder Speed Feedback):
 Precise speed sensorless vector control technology realizes AC motor decoupling, enabling the DC motorization of operation control.
 Startup torque: 0.25Hz 180% rated torque
 Speed adjustment range: 1:200
 Speed stabilization precision: ± 0.2%
  0.25Hz controllable motor stable operation with 150% rated torque.
Application:
Knitting Machine, compressor, extruding machine, injection machine, motor, braiding machine, pressure fan, forced draught blower, blower, blowing machine, blow molding machine, root's blower, film blowing machine, cutter bar, cut-off machine, slitter, Cutting machine, conveyor, pump, grinder, cluster, glazing machine, polisher, polishing machine, laundry-drier, drying machine, ball crusher, ball grinding mill, drawing machine
VTdrive EMI Filter & Reactor suit for Branding as follows:
ABB, SIEMENS, DANFOSS, VACON, SEW, LENZE, PETER ELECTRONIC, LEISTER, WATT DRIVE, KEB, BONFIGLIOLI, NORD, CAG ELECTRIC MACHINERY, INTECNO, SYCOTEC, KB ELECTRONICS,  TDE MACNO SPA, GEFRAN, CONTROL TECHNIQUES, PEPPERL FUCHS, GRUNDFOS, VEM MOTORS, BR INDUSTRI-ELEKTRONIK, RK ROSE+KRIEGER, CARLO GAVAZZI, LEROY SOMER, VERLINDE, TRANSTECNO, STAHL CRANE SYSTEMS GMBH, MIYACHI, DEMAG CRANES COMPONENTS, ABM, ROSSI, COGNITO QUAM, GE, AIRTECNICS, Delta, Teco, Toshiba, Mitsubishi, fuji, Yaskawa, Hitachi, Omron, Panasonic, HYUNDAI, LS/LG
Key Words / Main Products:
frequency inverter, AC Drives, frequency converters, frequency changers, adjustable speed drives (ASD), adjustable frequency drives (AFD), variable frequency drives (VFD), variable speed drives (VSD), Soft Starters, Soft Stop, Soft Starters for AC Motor, Motor Starters,  Motor Soft Starters, EMI filter, Input EMI Filters, Output EMI Filters, AC Choke, AC Reactor, Input AC Choke, Output AC Choke, Input AC Reactor, Output AC Reactor, DC Choke, DC Reactor, Input DC Choke, Output DC Reactor, Input DC Reactor, HMI, Human Machine Interface,PLC,Programmable Logic Controller, Servo Drive, Servo Motor, Servo Motor & Drive, Servo Motor & Drive System

2012年9月9日星期日

Dažnio keitikliai Vacon


Vacon NXL


The compact Vacon NXL range offers cabinet-mounted units for lower motor powers in industrial and residential applications from 0.37 to 2.2 kW. 
The...

Vacon 50X

Vacon's new X series is a rugged family of variable speed AC drives, built and designed for harsh industrial environments. 
From simple applications to...

Vacon NXL

The Vacon NXL is a powerful, multipurpose AC drive for industrial and residential purposes in the power range from 0.75 to 30 kW. The...

Vacon 500X

Vacon's new X series is a rugged family of variable speed AC drives, built and designed for harsh industrial environments. 
From simple applications to...

Air-cooled Vacon NXP


The Vacon NXP is a state-of-art variable speed AC drive for use in all applications where robustness, dynamic performance, precision and power are required...

Enclosed Vacon NXC


The enclosed Vacon NXC variable speed AC drive is compact and well tested, fully utilizing the flexibility of the Vacon NXP AC drive in the power range from...

Vacon NX products for common DC bus systems


Vacon offers a comprehensive range of common DC bus drive products. The product family covers a number of front-end units, inverter units and brake chopper units...

Vacon 100 HVAC - the smarter way to reduce CO2 emissions

The Vacon 100 HVAC is an AC drive in the power range of 1.1-30 kW and for supply voltages of 380-480 V, dedicated to heating, ventilation and air conditioning. The...

The Vacon SE1 NEMA 12/IP55 AC drive

Designed for fast and easy commissioning, Vacon's compact SE1 AC drive is simple to operate, economical to use and offer basic features for general applications in the...

آلات وأنظمة الطاقة الكهربائية



إن من أعظم الاختراعات التي اخترعها البشر على مدى تاريخهم هو اختراعهم للمولد الكهربائي حيث يقوم هذا الجهاز العجيب بتحويل مختلف أشكال الطاقة إلى شكل جديد لها لم يعهده البشر من قبل ألا وهي الطاقة الكهربائية. إن للطاقة الكهربائية خصائص غاية في العجب إلا أن عجب الناس بها قد زال مع مر السنين لطول إيلافهم إياها. فهذه الطاقة لا يمكن للبشر أن يدركوها بحواسهم أبدا ولا يمكن الكشف عن وجودها إلا من خلال الأجهزة التي تقيسها أو الأجهزة التي تعمل على تشغيلها. ولو قدر لأحد أن يقول لشخص لا علم له بوجود الكهرباء أبدا أن سلكا رفيعا ومعرى موصول بمصدر للطاقة الكهربائية سيقتله إذا ما لمسه بيده فإن هذا الشخص لا بد وأن يسخر منه فكيف يمكن لهذا السلك الساكن الذي لا حول له ولا قوة أن يقتله! ومن عجائب الطاقة الكهربائية أنه يمكن نقلها من خلال سلكين معدنيين لا يتجاوز قطر الواحد منها عدة ملليمترات ولأي مسافة نريدها من مصدر توليدها. أما سرعة نقل هذه الطاقة فتبلغ قريبا من سرعة الضوء أي ثلاثمائة ألف كيلومتر في الثانية فعلى سبيل المثال فعندما يقوم الشخص بكبس زر لتشغيل جهاز ما في بيته يعمل بالطاقة الكهربائية المتولدة من محطة توليد تقع على بعد ثلاثمائة كيلومتر فإن المولد الكهربائي سيحس بوجود حمل جديد عليه بعد مرور مللي ثانية تقريبا فيعمل على الفور بتوليد كمية الطاقة المطلوبة تماما وستصل هذه الطاقة لجهاز الشخص بعد مرور مللي ثانية أخرى. وفي المقابل نجد أن جميع أشكال الطاقة الأخرى غير الكهرباء تحتاج لوسائل نقل مختلفة وبسرعات نقل بطيئة وذلك لنقلها من أماكن توفرها إلى أماكن استهلاكها وعند وصولها تحتاج لأماكن لتخزينها بينما لا تحتاج الطاقة الكهربائية للتخزين بل تصل في لمح البصر حين تطلبها. ومن ميزات الطاقة الكهربائية أيضا إمكانية إنشاء المحطات الكهربائية حيث تتوفر مصادر الطاقة المختلفة وخاصة تلك التي لا يمكن نقل طاقتها إلى أماكن استخدامها كالطاقة الحركية في مياه الأنهار وطاقة المد والجزر والطاقة الحرارية في جوف الأرض وطاقة الرياح. وحتى في الأنواع التي يمكن نقلها كالفحم الحجري والبترول والغاز فإن كلفة نقلها بعد تحويلها إلى طاقة كهربائية قد تكون أقل من كلفة نقلها بشكلها الأصلي والذي يتطلب إنشاء شبكات طرق أو سكك حديدية أو مد أنابيب معدنية وكذلك توفير أعداد كبيرة من القطارات والشاحنات والصهاريج ومحطات الضخ إلى جانب توفير مستودعات ضخمة لتخزينها. أما المحطات الكهربائية التي تعمل على الطاقة الذرية فمن المفضل إقامتها في مناطق بعيدة عن التجمعات السكنية لتفادي خطر الإشعاعات المنبعثة من المفاعلات في حالة تعرضها للحوادث وبحيث تكون قريبة من مصادر المياه لحاجتها إليه في عمليات التبريد. ومن ميزات الطاقة الكهربائية أنه يمكن تحويلها إلى مختلف أشكال الطاقة الأخرى كالطاقة الضوئية لإنارة البيوت والمكاتب والشوارع واالطاقة الحرارية للتدفئة وتسخين المياه والطبخ والطاقة الحركية لتشغيل مختلف أنواع الأجهزة والمعدات في البيوت والمصانع والمكاتب وحتى القاطرات والمركبات والطاقة الكيميائية كما في شحن البطاريات والطاقة الكهرومغناطيسية لتوليد مختلف أنواع الترددات في الطيف الكهرومغناطيسي لاستخدامها في نقل ومعالجة وتخزين مختلف أشكال المعلومات.
ومن ميزات مولدات الطاقة الكهربائية أنها لا تولد الطاقة إلا بالقدر الذي يحتاجه المستخدمون مضافا إليه بالطبع الطاقة المفقودة في خطوط النقل وهذا يعني أنه عندما يقوم المستهلك بكبس زر أحد مصابيح الإضاءة فإن المولدات تحس بهذا الحمل وتقوم بإرسال كمية الطاقة المطلوبة دون زيادة أو نقصان. ويتم تحويل الطاقة الكهربائية عند أماكن استهلاكها إلى مختلف أشكال الطاقة الأخرى باستخدام مختلف أنواع الأجهزة الكهربائية. ففي أنظمة الإنارة يتم استخدام أنواع مختلفة من المصابيح الكهربائية لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية باستخدام مصابيح التنجستون ذات الكفاءة المتدنية ومصابيح الغاز ذات الكفاءة المتوسطة ومصابيح توفير الطاقة ذات الكفاءة العالية. وفي أنظمة تسخين المياه وتدفئة المنازل والمكاتب يتم استخدام المقاومات الكهربائية لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية بكفاءة تصل إلى مائة بالمائة. ويتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية عند شحن البطاريات القابلة للشحن حيث تستخدم هذه البطاريات في مجالات مختلفة كما في المركبات والراديوات والمسجلات والهواتف الخلوية والحواسيب المحمولة وغيرها. وباستخدام الأجهزة الإلكترونية يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى موجات كهرومغناطيسية تمتد على نطاق واسع من الترددات والتي تستخدم في مختلف أنظمة الاتصالات والحواسيب والتحكم والرادارات والليزرات وفي تشخيص ومعالجة الأمراض باستخدام مختلف أنواع الأجهزة الطبية. وباستخدام الملفات الكهربائية يتم تحويلها إلى مجالات مغناطيسية تلزم لتشغيل كثير من الأجهزة والمعدات كما في التلفزيونات وراسمات الذبذبات والمسارعات والمغناطيسات الكهربائية التي تستخدم في تطبيقات لا حصر لها كما في الرافعات والصمامات والكوابح والمصاعد والقطارات المغناطيسية.


المولدات الكهربائية (Electric Generators) 



يعود الفضل في استغلال الكهرباء لصالح البشر للفيزيائي والكيميائي الإنكليزي ميشيل فارادي (Michael Faraday) (1791-1867م) الذي قام باختراع المولد الكهربائي في عام 1831م والذي يقوم بتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية. فقبل اختراع المولد الكهربائي كانت البطارية التي اخترعها فولتا في عام 1800م هي المصدر الوحيد للطاقة الكهربائية المستمرة حيث تقوم بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية ولكن بكميات قليلة. أما المولد الكهربائي فإن بإمكانه توليد كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية بسبب توفر الطاقة الميكانيكية بكثرة في الطبيعة كما في طاقة المياه والرياح أو من خلال المحركات الميكانيكية التي تعمل بشتى أنواع الوقود. لقد برز في ذهن فارادي سؤال بالغ الأهمية وهو إذا كان بإمكان التيار الكهربائي إنتاج مجال مغناطيسي حوله كما اكتشف ذلك أورستد في عام 1820م فلما لا يكون بالإمكان إنتاج تيار كهربائي من المجال المغناطيسي. وفي عام 1831م تمكن فارادي من اكتشاف أشهر قوانين الكهربائية وهو قانون الحث الكهرومغناطيسي أو ما يسمى بقانون فارادي والذي ينص على أن القوة الدافعة الكهربائية المتولدة في أي دائرة كهربائية مغلقة مقاسة بالفولت تساوي معدل تغير الفيض المغناطيسي الذي يقطع تلك الدائرة مع الزمن. لقد توصل فارادي إلى هذا القانون من خلال التجربة فقد تبين له أنه عند تحريك قضيب مغناطيسي داخل ملف كهربائي فإن فرقا في الجهد يتولد بين طرفي السلك ووجدكذلك أنه عند تحريك سلك معدني أمام قضيب مغناطيسي فإن فرقا في الجهد يتولد بين طرفي السلك حيث يتناسب فرق الجهد المتولد طرديا مع شدة المجال المغناطيسي وسرعة حركة السلك في الاتجاه العامودي على اتجاه خطوط المجال المغناطيسي وكذلك طول السلك. وفي نفس العام تمكن فارادي من بناء أول نموذج مبسط للمولد الكهربائي سمي بقرص فارادي (Faraday Disk) وهو عبارة عن قرص دوار من النحاس مثبت بين قطبي مغناطيس طبيعي وعند تدوير القرص يدويا يتولد جهدا كهربائيا بين حافتيه ويتم تسليط هذا الجهد على دائرة خارجية من خلال سلكان يلامسان وينزلقان على حافتي القرص. لقد أثبت فارادي بهذه المولد البسيط إمكانية تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية ولكن أداء هذا المولد البسيط كان سيئا جدا لأن معظم الطاقة الكهربائية المولدة تضيع على شكل حرارة في القرص بسبب ما يسمى بالتيارات الدوامه (eddy currents). وفي عام 1832م قام الفرنسي هبولايت بيكسي (Hippolyte Pixii) بتصنيع مولد تيار كهربائي متغير مبسط من خلال تحريك قطبي مغناطيس يدويا امام ملفين كهربائيين. وتوالت بعد ذلك المحاولات في كل من أوروبا وأميركا لتصنيع مولدات كهربائية عملية ولكنها لم تتكلل بالنجاح إلا بعد مرور أربعين عاما على اختراع المولد. وقد كان سبب هذا التأخير أن جهد العلماء والمهندسين قد انصب على تصنيع مولدات كهربائية تنتج تيارا مباشرا أو مستمرا (Direct Current) كالذي تنتجه البطارية وبما أن طبيعة التيار المتولد في داخل الملفات هو من النوع المتغير أو المتناوب)ِ Alternating Current) كان من اللازم اختراع طريقة لتحويل التيار المتناوب إلى تيار ثابت وهذا الجهاز يسمى المبدل (commutator) هذا بالإضافة إلى مشاكل فنية كثيرة كان يلزم تخطيها لتصنيع مولد كهربائي بكفاءة عالية. وفي عام 1871م تمكن المهندس الكهربائي البلجيكي زينوب جرامي (Zénobe Gramme) من تصنيع مولد كهربائي مزود بمبدل لتوليد التيار المستمر وبكفاءة مقبوله بحيث بدأ التفكير في استخدام المولدات الكهربائية للأغراض التجارية. ولقد اكتشف جرامي بالصدفة أن مولده الكهربائي هذا يمكن أن يعمل كمحرك كهربائي من خلال تسليط جهد كهربائي بتيار مباشر عليه فانتشر استخدام هذه الآلة كمولد كهربائي وكمحرك كهربائي. ولقد تم استخدام المغناطيس الكهربائي بدلا من المغناطيس الطبيعي في المولدات والمحركات الكهربائية الكبيرة فيما بعد ويعزى الفضل في هذه الفكرة إلى المخترع الهنغاري أنيوس جدلك (Ányos Jedlik). وبعد اختراع المصباح الكهربائي (electric lamp) على يد رجل الأعمال والمخترع الأمريكي الشهيرتوماس أديسون (Thomas Alva Edison) في عام 1879م وتأسيسه لشركة لتوليد وتوزيع الكهرباء لأغراض الإنارة في عام 1880م طرأت تحسينات كثيرة على المولدات الكهربائية لرفع كفاءتها. وخلال سنوات قليلة أنشأت شركة أديسون مئات الشبكات في المدن الأمريكية لتزويدهم بالكهرباء ذات التيار المباشر لأغراض الإنارة ولكن كانت هذه الشبكات تعاني من مشكلة كبيرة جدا وهي أن المسافة القصوى لخطوط النقل لا تتجاوز عدة كيلومترات بسبب أن الجهد الكهربائي ينخفض بشكل كبير إلى قيم لا يمكنها تشغيل المصابيح الكهربائية. وبعد أن اقترح المهندس الكهربائي المشهور الصربي المولد والأمريكي المنشأ نيكولا تسلا (Nikola Tesla) (1856-1943م) استخدام التيار المتناوب بدلا من التيار المباشر في توليد وتقل الطاقة الكهربائية بدأ الاهتمام بتصنيع مولدات التيار المتناوب والتي تبين أنها أبسط تركيبا من مولدات التيار المباشر لعدم حاجتها للمبدلات المعقدة. وفي غضون سنوات قليلة تمكن المخترعون في أوروبا وأمريكا من تصنيع عدة مولدات عملية لتوليد التيار المتناوب منهم المهندس الإنكليزي سيبستيان فيرناتي (Sebastiani de Ferranti) والمهندس الألماني الشهير إيرنست سيمنز(Earnst Siemens). وفي عام 1886م قام رجل الأعمال والمخترع الأمريكي جورج وستنقهاوس (George Westinghouse) بإنشاء شبكة لتوليد وتوزيع الكهرباء ذات التيار المتناوب وقد تم استخدام المحولات الكهربائية لرفع الجهد الذي يولده المولد من خمسمائة فولت إلى ثلاثة آلاف فولت ونقله لمسافات بعيدة ومن ثم تخفيضه لمائة فولت عند المستهلك لتشغيل المصابيح الكهربائية وبهذا تغلب على مشكلة النقل التي تعاني منها أنظمة التيار المباشر التي تبناها أديسون والتي لا يمكن فيها استخدام المحولات لرفع الجهد. وفي هذه الفترة بدأت منافسة شديدة بين شركتي أديسون ووستنقهاوس وظهر بينهم ما يسمى بحرب التيارات (War of currents) وذلك لإثبات أي النظامين أفضل لتبنيه في أنظمة توليد ونقل الطاقة الكهربائية. وكان النصر بعد عدة سنوات لصالح وستنقهاوس وذلك بفضل المهندس الكهربائي المشهور نيكولا تسلا (Nikola Tesla) والذي تمكن في عام 1883م من اختراع محرك يعمل بالتيار المتناوب كبديل عن محرك التيار المباشر وهو محرك الحث (induction motor). وقد تمكنت شركة وستنقهاوس بمساعدة تسلا واختراعاته الكثيرة والتي قامت بشراء معظمها من بناء أول محطة توليد كهرومائية على شلالات نياغرا في عام 1889م ونقل طاقتها باستخدام نظام النقل متعدد الأطوار (poly phase) لمسافة أربعين كيلومتر إلى مدينة بافالو. وبعد هذا النصر الكبير لوستنقهاوس اضطر أديسون للتحول لأنظمة توليد ونقل التيار المتناوب بعد أن دمج شركته في شركة (General Electric) المعروفة وقد تم اعتماد تردد التيار في هذه الأنظمة ليكون ستين هيرتز في أميركا وخمسين هيرتز في أوروبا. وفي عام 1888م تمكن المهندس الروسي ميخائيل دوبروفولسكي (Mikhail Dolivo-Dobrovolsky) من اختراع المولدات وكذلك المحركات ثلاثية الأطوار. 
يقوم عمل المولد الكهربائي على مبدأ بسيط وهو أنه عند تحريك سلك معدني وعادة ما يكون من النحاس في مجال مغناطيسي ثابت فإنه سيتولد عند طرفي السلك قوة دافعة كهربائية تتناسب قيمتها مع سرعة حركة السلك وطوله المعرض للمجال وكذلك شدة المجال المغناطيسي. ويمكن أن نحصل على نفس مقدار القوة الدافعة الكهربائية إذا ما تم تثبيت السلك وتحريك مغناطيس دائم أمامه بنفس السرعة. وبناءا على هذا المبدأ فإن تركيب المولد الكهربائي يأتي على شكلين لا ثالث لهما ففي الشكل الأول يتم لف السلك النحاسي الذي يتولد فيه الجهد على شكل ملفات كهربائية داخل أخاديد محفورة في السطح الداخلي لأسطوانة حديدية ساكنة تسمى العضو الساكن (stator) ووضع عدد من المغناطيسات الطبيعية أو الكهربائية على السطح الخارجي لأسطوانة حديدية تسمى العضو الدوار (rotator) بحيث يكون عدد الملفات مساويا لعدد الأقطاب المغناطيسية أو من مضاعفاتها ويتم وضع الجزء الدوار داخل الاسطوانات الثابتة بعد تثبيته على محاور دوارانه. أما الشكل الثاني فهو على عكس الشكل الأول حيث يتم وضع السلك النحاسي الذي يتولد فيه الجهد في الجزء الدوار والمغناطيسات الدائمة أو الكهربائية في الجزء الساكن. وعند تدوير الجزء الدوار بمحرك ميكانيكي وبسرعة ثابتة فإن مرور المجال المغناطيسي أمام الملفات النحاسية أو العكس سيولد جهدا كهربائيا بين أطراف الملفات طبقا لقانون فارادي المشهور. إن الشكل الأول للمولد الكهربائي هو الأسهل في التصميم والأكفأ في الأداء من الشكل الثاني وذلك بسبب وجود الملفات المولدة للطاقة الكهربائية في الجزء الساكن وعليه فمن السهل وضع عدد كبير من هذه الملفات المكونة من أسلاك طويلة لتوليد فرق الجهد المطلوب وذات مقاطع كبيرة لتقليل مقاومتها وبالتالي تفليل كمية الحرارة المتولدة من التيارات الكبيرة التي تحملها وكذلك سهولة تبريدها وسهولة أخذ الطاقة الكهربائية المتولدة منها. ولهذه الأسباب فإن هذا الشكل هو المستخدم بدون استثناء في مولدات التيار المتناوب أما الشكل الثاني فعلى الرغم من صعوبة تصميمة وتدني كفاءته إلا أنه يستخدم في مولدات التيار المباشر وذلك لأن طريقة عمل المبدل الذي يقوم بتحويل التيار المتناوب الذي تولده الملفات إلى تيار مباشر تتطلب وجوده ووجود الملفات على العضو الدوار. وفي الشكل الأول يتم تزويد المغناطيسات الكهربائية الموجودة على العضو الدوار بالتيار المباشر اللازم من خلال حلقات الإنزلاق (slip rings) والفحمات المثبتة عليها. ويوجد نوعين من مولدات التيار المتناوب الدارجة من حيث عدد الأطوار وهي أحادية الطور (single phase) وفيها يتساوى عدد الملفات الكهربائية المثبتة على العضو الساكن مع عدد الأقطاب المغناطيسية المثبتة على العضو الدوار وثلاثية الأطوار (three phase) وفيها يبلغ عدد الملفات الكهربائية المثبتة على العضو الساكن ثلاثة أضعاف عدد الأقطاب المغناطيسية المثبتة على العضو الدوار. ويتم تحديد عدد الأقطاب المغناطيسية في المولدات المتناوبة بناءا على التردد المستخدم والسرعة المراد تدوير العضو الدوار عليها فعلى سبيل المثال فلتوليد جهد بتردد خمسين هيرتز يلزم أن تكون سرعة الدوران 3000 دورة في الدقيقة في حالة القطبين و1500 دورة في الدقيقة في حالة أربعة أقطاب و 1000 دورة في الدقيقة في حالة ستة أقطاب وهكذا يمكن تقليل سرعة الدوران من خلال زيادة عدد الأقطاب لتتوافق سرعة المولد مع سرعة المحرك الميكانيكي الذي يديره.


المحركات الكهربائية (Electric Motors)




إن من أهم ميزات الطاقة الكهربائية هو سهولة تحويلها إلى مختلف أشكال الطاقة وعلى الوجه الخصوص الطاقة الميكانيكية والتي هي أكثر أشكال الطاقة التي يحتاجها الإنسان لإنجاز أعماله المختلفة. إن الجهاز الذي يقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية هو المحرك الكهربائي. لقد أحدثت المحركات الكهربائية ثورة في مختلف مجالات الحياة لا تقل بل تزيد عن الثورة التي أحدثتها المحركات الميكانيكية وخاصة محرك الاحتراق الداخلي (internal combustion engine) وذلك بسبب ميزاته المتعددة بالمقارنة معه. تتميز المحركات الكهربائية بإمكانية تصنيعها بأحجام وقدرات تتراوح من الصغيرة جدا والتي يمكن وضعها في الساعات إلى الكبيرة جدا والتي تستخدم كمحركات في القطارات والسفن والرافعات العملاقة وفي الصناعات بمختلف أنواعها. وتتميز كذلك بإمكانية تصنيعها لتدور بسرعات غاية في التفاوت وكذلك بإمكانية التحكم بسرعة دورانها بدقة عالية جدا مما أدى إلى تجنب استخدام أنظمة التروس المعقدة المستخدمة في المحركات الميكانيكية. وتتميز أيضا بكفاءتها التحويلية العالية التي تزيد في معظم أنواعها عن التسعين بالمائة وهذه الميزة لا تقلل فقط كمية الطاقة الكهربائية المستهلكة بل تقلل من كمية الحرارة المتولدة فيها مما يشجع على وضعها في مختلف أنواع الأجهزة والمصانع دون الخوف من تسببها في إحداث الحرائق. ومن ميزاتها الأخرى طول عمرها التشغيلي وانخفاض ضجيجها وقلة الحاجة لصيانتها وعدم خروج أية عوادم منها. وقد ظهرت للوجود مع اختراع المحرك الكهربائي أجهزة ومعدات لا حصر لعدد أنواعها وما كان للمهندسين أن يفكروا في اختراع مثل هذه الأجهزة بدون وجود المحرك الكهربائي. ففي المنازل تم استخدام المحرك الكهربائي في الثلاجات والغسالات والمكانس والجلايات والخلاطات والشوايات ومجهزات الطعام فقللت بذلك الجهد البدني الذي كانت تبذله ربات البيوت للقيام بمثل هذه المهمات. وتم كذلك استخدامه في البيوت والمكاتب والمصانع لتوفير الأجواء المناسبة والمريحة داخلها من خلال تشغيل المكيفات والمدفئات والمراوح والشفاطات ومضخات المياه. وبسبب استخدامه كمحرك في المصاعد الكهربائية توجه البشر لبناء البنايات متعددة الطبقات التي وفرت عليهم مساحات واسعة من الأراضي وأصبح بالإمكان بناء ناطحات السحاب التي قد يزيد عدد طوابقها عن المائة وارتفاعها عن الخمسمائة متر. وباستخدام المحرك الكهربائي تم استغلال ما تحت سطح الأرض في المدن الكبرى لإنشاء شبكات كبيرة من الأنفاق الأرضية لنقل الركاب باستخدام القطارات الكهربائية ولو استخدمت محركات الاحتراق الداخلي بدلا منها لاختنق الركاب من استنشاق عوادمها. ونتيجة للتلوث الكبير لأجواء المدن من عوادم السيارات والمركبات التي تسير في شوارعها بأعداد ضخمة فإن الأمل معقود على السيارات الكهربائية للتخلص من هذه المشكلة. وسيكون المحرك الكهربائي بديلا لمحرك الاحتراق الداخلي في السيارات والمركبات عاجلا أما آجلا وذلك بسبب الارتفاع المضطرد لأسعار المشتقات البترولية نتيجة لتناقص احتياطات البترول في العالم وذلك بسبب كفاءته العالية. ولقد عمل المحرك الكهربائي على تحويل مختلف أنواع المصانع إلى مصانع آلية تعمل على مدار اليوم حيث حلت هذه المحركات الصغيرة محل الإنسان أو المحركات الميكانيكية الكبيرة الحجم فتعددت مهام هذه المصانع وتقلصت أحجامها وزادت كميات إنتاجها. وبفضل المحركات الكهربائية أصبحت السيارات والمركبات أكثر رفاهية حيث تستخدم الأزرار في التحكم بكثير من أجزائها كالأبواب والشبابيك والمرايا والمقاعد والهوائيات وغيرها. وقد تم استخدام المحركات الكهربائية في تشغيل مختلف أنواع الأجهزة والمعدات الحديثة التي ظهرت مع ظهور هذه المحركات كالمسجلات السمعية والمرئية ومحركات أقراص الحواسيب المغناطيسية والضوئية والطابعات بمختلف أنواعها والروبوتات الصناعية والعادية والألعاب.
إن مبدأ عمل المحرك الكهربائي هو على العكس من مبدأ عمل المولد الكهربائي فعند تمرير تيار كهربائي في سلك موجود في مجال مغناطيسي ثابت فإن قوة ميكانيكية ستؤثر على السلك فتدفعه للحركة وبهذا فإنه بالإمكان تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية. وقد تم إثبات مبدأ عمل المحرك الكهربائي في عام 1821م وذلك على يد الفيزيائي الإنكليزي ميشيل فارادي حيث قام ببناء محرك بسيط وهو عبارة عن سلك نحاسي مدلى ومغموس في وعاء مملوء بالزئبق ( يمكن استخدام محلول الملح بدلا من الزئبق) وفي وسط الوعاء يوجد مغناطيس دائم وعند تمرير تيار كهربائي في الدائرة المكونة من السلك والزئبق فإن السلك يبدأ بالدوران حول المغناطيس. وفي عام 1828م تمكن المخترع الهنغاري أنيوس جدلك (Ányos Jedlik)من تصنيع محرك كهربائي أقرب في الشكل للمحركات الحديثة واستخدم فيه المغناطيس الكهربائي بدلا من المغناطيس الدائم. وفي عام 1832م تمكن الفيزيائي الإنكليزي وليم ستيرجن (William Sturgeon) والذي سبق له ان اخترع المغناطيس الكهربائي من تصنيع أول محرك كهربائي عملي مزود بمبدل (commutator). وبسبب عدم توفر طاقة كهربائية كافية لتشغيل مثل هذه المحركات الكهربائية حيث لم يتم تصنيع المولدات الكهربائية بعد فقد قل الاهتمام بتطوير المحركات الكهربائية لفترة طويلة من الزمن. ولقد تجدد الاهتمام بها في عام 1871م بعد أن تمكن المهندس الكهربائي البلجيكي زينوب جرامي (Zénobe Théophile Gramme) من تصنيع مولد كهربائي عملي ولقد اكتشف جرامي بالصدفة في عام 1873م أن مولده الكهربائي الذي يولد التيار المباشر يمكن أن يعمل كمحرك كهربائي من خلال تسليط جهد كهربائي بتيار مباشر عليه فانتشر استخدام هذه الآلة كمولد كهربائي وكمحرك كهربائي. وفي عام 1883م تمكن المهندس الكهربائي الصربي المولد والأمريكي المنشأ نيكولا تسلا (Nikola Tesla) من اختراع محرك يعمل بالتيار المتناوب كبديل عن محرك التيار المباشر وهو محرك الحث (induction motor). وفي عام 1888م أيضا تمكن المهندس الروسي ميخائيل دوبروفولسكي (Mikhail Dolivo-Dobrovolsky) من اختراع المحركات الكهربائية ثلاثية الأطوار (three-phase motors).
لا يختلف تركيب المحرك الكهربائي كثيرا عن تركيب المولد الكهربائي فهو مكون من عضو ساكن (stator) وآخر دوار (rotator) ويتم وضع الملفات التي تولد المجال المغناطيسي وتلك التي يمرر فيها التيار في أخاديد محفورة في السطح الداخلي للعضو الساكن وفي السطح الخارجي للعضو الدوار وذلك حسب نوع المحرك. ففي محركات التيار المباشر يتم وضع ملفات المغناطيس الكهربائي أو المغناطيسات الدائمة في العضو الساكن بينما توضع الملفات الحاملة للتيار في العضو الدوار ويتم تغذية ملفات العضو الدوار من خلال مبدل وفراشي فحمية مثبتة عليه. وتتميز محركات التيار المباشر بسهولة التحكم بسرعتها على مدى واسع من السرعات وذلك من خلال التحكم بالتيار المار في ملفات المغناطيس الكهربائي ولذلك تستخدم في التطبيقات التي تحتاج لسرعات متغيرة. وتتميز كذلك بسهولة تدويرها في الاتجاهين وقوة عزمها وسهولة المقايضة بين السرعة والعزم من خلال اختيار طريقة توصيل ملفات المجال. ومن سيئاتها تعقيد تركيبها وحاجة المبدلات والفراشي الفحمية للصيانة المتكررة وكذلك التشويش على الأجهزة الكهربائية من حولها بسبب الشرارات الكهربائية التي يطلقها المبدل والفحمات. أما محركات التيار المتناوب فهي على العكس من ذلك حيث يتم وضع الملفات الحاملة للتيار المتناوب في العضو الساكن بينما يتم وضع ملفات المغناطيس الكهربائي أو المغناطيسات الدائمة في العضو الدوار ويتم تغذية ملفات العضو الدوار من خلال حلقات الإنزلاق والفراشي الكربونية. وتنقسم محركات التيار المتناوب إلى نوعين رئيسين وهما المحركات المتزامنة (synchronous motors) ومحركات الحث (induction motors) وكلاهما يحتاج لكي يدور إلى ما يسمى بالمجال المغناطيسي الدوار (rotating magnetic field) كما اكتشف ذلك تسلا في عام 1883م. ويمكن الحصول على مجال مغناطيسي دوار من خلال مجموعتين أو أكثر من الملفات المثبتة على العضو الساكن يتم تغذيتها بتيارات ذات أطوار مختلفة. وفي المحركات المتزامنة يوجد على العضو الدوار ملفات يتم تغذيتها بالتيار المباشر من خلال حلقات الإنزلاق والفراشي الكربونية لتوليد مغناطيسات كهربائية بعدد أقطاب يماثل عدد الملفات في العضو الساكن. ولا يمكن للمحركات المتزامنة أن تبدأ الدوران من تلقاء نفسها بل تحتاج إلى محرك خارجي لتدويرها وما أن تصل سرعة دورانها إلى سرعة الدوران التزامنية (synchronous speed) فإنها تبقى تدور بسرعة ثابتة بغض النظر عن الحمل المسلط عليها وذلك ضمن حدود قدرة المحرك. أما محركات الحث فإن العضو الدوار يحتوي على ملفات مغلقة لا تغذى بأي تيار كهربائي وبمجرد تسليط التيارات المتناوبة على ملفات العضو الساكن وتولد المجال المغناطيسي الدوار فيه فإن مجالا مغناطيسيا دوارا آخر سيتولد بالحث في ملفات العضو الدوار وعند تفاعل المجاليين الدواريين في العضوين يبدأ العضو الدوار بالدوران بسرعة تساوي سرعة دوران المجال المغناطيسي الدوار للعضو الساكن. ولتخفيض كلفة محرك الحث يتم في العادة استبدال ملفات العضو الدوار المغلقة بقضبان نحاسية بمقاطع كبيرة توضع بدون عزل في أخاديد على سطح العضو الدوار ويتم وصل أطراف هذه القضبان بحلقتين نحاسيتين مثبتتين عند طرفي جسم العضو الدوار ليكون شكل القضبان مع الحلقتين على شكل قفص السنجاب (squirrel cage). وعلى العكس من المحرك المتزامن فإن سرعة دوران محرك الحث يمكن أن تقل عن سرعة التزامن كلما زاد الحمل المسلط عليه. إن المجالات الدوارة لا تتولد كما ذكرنا آنفا إلا بواسطة ملفين أو أكثر يحملان تيارات بأطوار مختلفة ولهذا فإن الأصل أن محركات الحث لا تعمل إلا من خلال مصادر تيار متناوب ثنائية أو ثلاثية الأطوار ولكن من خلال تعديلات بسيطة في تركيب المحرك يمكن تصنيع محركات حث تعمل على مصادر أحادية الطور. وفي هذه الحالة يلزم لتوليد مجال مغناطيسي دوار من مصدر أحادي الطور وجود ملف آخر مع الملف الرئيسي على العضو الساكن ومن خلال وصل مكثف على التوالي مع الملف الثانوي فإن طور التيار في الملف الثانوي سيكون مختلف عن ذلك الذي في الملف الرئيسي رغم أن الجهد المسلط عليهما واحد ويسمى هذا النوع من محركات الحث أحادية الطور بمحرك الحث منشطر الطور (split-phase induction motor). وغالبا ما يتم فصل الملف الثانوي بمجرد دوران المحرك وذلك بواسطة مفتاح ميكانيكي يعمل بالطرد المركزي وذلك لتوفير الطاقة. تتميز محركات التيار المتناوب وخاصة محركات الحث بسهولة تركيبها ورخص أثمانها بالمقارنة مع محركات التيار المباشر إلا أن عيبها الأكبر هو صعوبة التحكم في سرعة دورانها في التطبيقات التي تحتاج لمثل هذا التحكم. تتحدد سرعة دوران هذه المحركات من تردد مصدر التيار المتناوب الذي يغذيها وعدد الأقطاب المغناطيسية حيث تتناسب طرديا مع التردد وعكسيا مع عدد الأقطاب وهي ثابتة تماما في المحركات المتزامنة وتقل قليلا عن سرعة التزامن في محركات الحث وذلك حسب الحمل الذي يديره المحرك. ويوجد عدة آليات للتغلب عل مشكلة التحكم في سرعة هذه المحركات منها استخدام مصدر تغذية بتردد يمكن التحكم به وبالتالي التحكم بسرعة المحرك ويتم الحصول على مصدر تيار بتردد متغير من مصدر تيار بتردد ثابت من خلال استخدام أجهزة إلكترونية تسمى محولات التردد (variable-frequency drive). وإلى جانب هذه الأنواع الرئيسية من المحركات يوجد أنواع خاصة من المحركات تصمم لتلبي حاجة بعض التطبيقات ومن أهمها ما يسمى بالمحركات الخطوية (stepper motors) والتي يمكن من خلالها تحريك العضو الدوار بشكل متقطع وعلى شكل خطوات أو قفزات تكون فيها الخطوة أقل بكثير من الدورة الكاملة . ويتكون المحرك الخطوي من عضو ساكن بعدد معين من الملفات ومن عضو متحرك قد يحتوي على عدد من المغناطيسات الدائمة أو بقلب حديدي مسنن بدون مغناطيسات ويمكن تحريك المحرك على شكل خطوات من خلال تغذية ملفات العضو الساكم بنبضات كهربائية بترتيب معين بحيث يغذى ملف واحد فقط من هذه الملفات في الوقت الواحد وغالبا ما يتم هذا من خلال المتحكمات الرقمية والحواسيب. وتستخدم مثل هذه المحركات في معظم خطوط الإنتاج في المصانع وفي مشغلات الأقراص في الحواسيب والرادارات وأنظمة التوجيه وغيرها الكثير.


المحولات الكهربائية (Electric Transformers)



المحول الكهربائي هو جهاز يقوم بنقل الطاقة الكهربائية من دائرة كهربائية إلى دائرة كهربائية أخرى تكونان في الغالب مفصولتان عن بعضهما كهربائيا حيث تتم عملية نقل الطاقة من خلال المجال المغناطيسي الذي يربط بينهما. إن مبدأ عمل المحول الكهربائي يعتمد على قانون فارادي فالتيار المتغير في الدائرة الكهربائية الأولى عند تمريره في ملف كهربائي ينتج حوله مجالا مغناطيسيا متغييرا وإذا ما قطعت خطوط هذا المجال ملف آخر في دائرة كهربائية أخرى فإن قوة دافعة كهربائية سستتولد فيها طبقا لقانون فارادي. ولكي نضمن أن جميع خطوط المجال المغناطيسي الذي ينتجه ملف الدائرة الأولى أو الملف الإبتدائي ستقطع ملف الدائرة الثانية أو الملف الثانوي فإنه يلزم لف كلا الملفين على قلب حديدي مشترك وذلك لقدرته على حصر جميع خطوط المجال في داخله بسبب نفاذيته المغناطيسية العالية. لقد استخدم فارادي في عام 1831م شكل مبسط للمحول الكهربائي لإثبات قانون الحث الكهرومغناطيسي الذي اكتشفه ولكنه لم يهتم بتطويره وذلك بسبب أن مجالات استخداماته لم تتضح بعد. وفي عام 1836م اخترع العالم الإيرلندي (Nicholas Callan) ما يسمى بملف الحث (Induction Coil) بعد أن اكتشف أحد أهم قوانين المحول وهو أن نسبة الجهد المتولد في الملف الثانوي إلى الجهد المسلط على الملف الإبتدائي يساوي نسبة عدد لفات الملف الثانوي إلى عدد لفات الملف الثانوي وهذا يعني إمكانية الحصول على جهد عالي جدا من جهد منخفض من خلال زيادة نسبة عدد اللفات. ولذا فقد تم استخدام ملف الحث للحصول على جهود كهربائية عالية جدا لأغراض مختلفة كان أهمها توليد الشرارات الكهربائية لإشعال الغازات القابلة للإشتعال وفي بعض أنواع المصابيح الكهربائية وفي أنظمة إشعال المركبات وفي توليد الموجات الراديوية قبل اختراع الصمام الإلكتروني. وبما أن المحول الكهربائي لا يعمل إلا بالتيارات المتغيرة ولا يعمل أبدا بالتيارات الثابتة وبسبب غياب مصادر التيار المتغير في تلك الفترة فقد تم اللجوء إلى فتح وإغلاق دائرة الملف الإبتدائي بطريقة ميكانيكية لتحويل تيار البطارية إلى تيار متغيير. وفي عام 1881م تمكن الفرنسي لوسين جولارد (Lucien Gaulard) والبريطاني جون جبس (John Dixon Gibbs) من بناء محولات بقلب حديدي مفتوح لأغراض رفع وخفض الجهد في أنظمة التيار المتناوب التي بدأت بالظهور بعد اختراع مولدات التيار المتناوب. وقد قام عدد كبير من المهندسين في أميركا وأوروبا أمثال تسلا وستانلي بإجراء تحسينات كثيرة على هذا المحول وذلك لاستخدامه في أنظمة توليد ونقل الطاقة الكهربائية باستخدام التيار المتناوب كاستخدام القلوب الحديدية المغلقة والشرائح الحديدية المعزولة (laminated iron core) لبناء القلب وذلك لتقليل تأثير التيارات الدوامة (eddy currents). وكان للمحول الدور الأكبر في حسم حرب التيارات لصالح التيار المتناوب بدلا من التيار المباشر في أنظمة توليد ونقل الطاقة الكهربائية. وفي عام 1889م تمكن المهندس الروسي ميخائيل دوبروفولسكي (Mikhail Dolivo-Dobrovolsky) من اختراع المحول ثلاثي الأطوار وهو أول من اقترح الطريقتين التي يتم بها توصيل الملفات الثلاثة في المولدات والمحركات والمحولات ثلاثية الأطوار وهما توصيلة المثلث (delta connection) وتوصيلة النجمة (star connection). 
تبنى المحولات الحديثة وخاصة المستخدمة في أنظمة نقل الطاقة الكهربائية من قلوب حديدية (iron core) مغلقة وغالبا ما يستخدم فولاذ السيلكون (silicon steel) أو ما يطلق عليه الفولاذ الكهربائي وذلك لكثرة استخدامه في قلوب المولدات والمحركات والمحولات. ويتميز الفولاذ الكهربائي بمقاومته الكهربائية العالية والتي تعمل على تقليل الفقد الناتج عن التيارات الدوامة وكذلك بصغر مساحة عروة التخلفية المغناطيسية (hysteresis loop) مما يقلل من الفقد الناتج عن هذه الظاهرة. وعادة ما يتم لف الملفين الإبتدائي والثانوي على نفس الذراع لضمان أي تسرب لخطوط المجال المغناطيسي خارج الملف الثانوي. وتتحدد مساحة مقطع القلب الحديدي وبالتالي حجمه من مقدار القدرة الكهربائية التي يتعامل معها المحول ويجب أن يتم اختيار مساحة المقطع بحيث لا تصل كثافة الفيض المغناطيسي إلى حد التشبع (saturation). ويستخدم عند تحديد مساحة المقطع المعادلة العامة للمحول والتي تنص على أن القوة الدافعة الكهربائية الذي يولدها الملف للإشارات الجيبية تتناسب طرديا مع حاصل ضرب التردد ومساحة المقطع وعدد اللفات وكثافة الفيض المغناطيسي ويبلغ ثابت التناسب 4.44. ومن الواضح من هذه المعادلة أن حجم المحول المصمم لنفس مقدار القدرة يمكت تقليله من خلال زيادة التردد ولهذا السبب فإن المحولات المستخدمة في الطائرات تعمل على ترددات تصل لعدة مئات من الهيرتز وليس على 50 أو 60 هيرتز وذلك للتخفيف من وزن الطائرة. واستنادا لقانون حفظ الطاقة فإن القدرة التي يسحبها الملف الإبتدائي من مصدر الطاقة تساوي القدرة التي يسلمها الملف الثانوي للحمل (Load) الموصول عليه هذا على افتراض محول مثالي لا فقد فيه. وبما أن القدرة تتناسب مع حاصل ضرب الجهد في التيار فإن أي رفع في الجهد الثانوي بالنسبة للجهد الإبتدائي سيقابله خفض بنفس نسبة الرفع للتيار الثانوي مقابل التيارالإبتدائي. وفي المحولات الحقيقية فإن جزءا من الطاقة سيضيع كحرارة في جسم المحول وذلك نتيجة لعدد من أنواع الفقد أهمها الفقد في أسلاك الملفات نتيجة مرور التيار فيها والفقد الناتج عن التيارات الدوامة التي تتولد في قلب المحول الحديدي. وإذا ما تم تصميم المحولات بشكل جيد فإن هذا الفقد لا يتجاوز واحد بالمائة من القدرة الكلية إلا أن هذه النسبة المتدنية للفقد تعتبر معضلة كبيرة للمهندسين خاصة في المحولات الكبيرة حيث يلزم التخلص من الحرارة المتولدة وإلا أدت لاحتراق المحولات ولذا يستخدم انواع مختلفة من طرق التبريد في هذه المحولات كالتبريد بالزيت. 
تعتبر المحولات الكهربائية من أكثر الأجهزة الكهربائية استخداما فلا يكاد يخلو جهاز كهربائي منها وتستخدم في تطبيقات لا حصر لها وتتراوح أحجامها من تلك التي بحجم حبة الحمص كما في أجهزة استقبال الراديو والتلفزيون وتلك التي تزن مئات الأطنان كما في محطات تحويل الطاقة الكهربائية . ففي أنظمة نقل الطاقة الكهربائية تستخدم المحولات لرفع وخفض الجهد الكهربائي لجهود تتراوح بين عدة عشرات من الفولتات إلى ما يقرب من مليون فولت وبأحجام تعتمد على مقدار القدرة الكهربائية التي تعالجها والتي قد تصل إلى مئات الميغاواط . وفي أجهزة الاتصالات تستخدم المحولات لموائمة الدوائر الكهربائية والإلكترونية وكذلك خطوط النقل ذات المعاوقات المختلفة عند وصلها ببعضها البعض لضمان إنسياب الإشارات بينها بشكل جيد. وتستخدم المحولات في مضخمات القدرة (power amplifiers) للحصول على كفاءات قدرة عالية بأقل كلفة كما في تلك المستخدمة في السماعات ومحطات البث الراديوية والتلفزيونية والرادارات. وتستخدم المحولات في أجهزة تحويل التيار المتناوب إلى التيار المباشر (AC/DC converters) وأجهزة تحويل التيار المباشر إلى التيار المتناوب (DC/AC inverters). وتستخدم كذلك في أنواع كثيرة من المصابيح الكهربائية كمصابيح التفريغ الغازية لبدء عملية التفريغ الكهربائي فيها وفي معدات اللحام الكهربائية لإنتاج تيارات عالية في الملف الثانوي وفي أجهزة قياس التيار والجهد وفي كثير من الأجهزة والمعدات في المختبرات ومراكز الأبحاث.

2012年9月4日星期二

Compatibilidade electromagnética vista noutra perspectiva: a dos telemóveis


Ø  Introdução
            Visto ser eu um aluno do ramo de Telecomunicações, não poderia deixar de extrapolar o tema da compatibilidade electromagnética para o campo das telecomunicações…
            Assim, e apesar de não fazer parte dos requisitos deste estágio, achei por bem desenvolver um pequeno trabalho de pesquisa para complementar o tema da CEM. Deste modo, irei abordar o tema da compatibilidade electromagnética numa outra perspectiva: os telemóveis!
            No fim de 2002 ascendia a 1000 milhões o número de pessoas com telemóvel no mundo, dos quais 300 milhões na Europa. E o número mundial de utilizadores de telemóvel deverá duplicar até 2010, ou seja, chegará aos 2000 milhões, segundo as previsões de uma marca de telemóveis. A França, onde a telefonia móvel se desenvolveu a partir de 1987, totaliza 38,5 milhões de utilizadores: é a taxa de penetração (número de utilizadores em relação à população total) mais baixa da Europa (63%). A Itália detém o “titulo” da mais forte taxa de penetração (88%). Quanto a Portugal, registava uma taxa de 82,5 por cento em 2002, segundo a Anacom.
            Desde que os telemóveis existem que existe a duvida: os telemóveis são prejudiciais para a saúde?
            Inúmeros estudos foram realizados sobre os seus efeitos biológicos, mas nem assim se conseguiu chegar a uma conclusão fidedigna. Pelo contrário, tantos estudos parecem ter a arte de reforçar a dúvida. Talvez por isso os telemóveis não venham ainda com a famigerada advertência dos maços de tabaco ou das garrafas de bebidas alcoólicas. E no entanto...
            Algum dia se saberá se falar/ouvir através do telemóvel é prejudicial para o cérebro do utilizador? A questão continua a pôr-se depois de cerca de 400 estudos já publicados sobre esta matéria em apenas dez anos. Porque não são esclarecedores. E pior, ajudam a instalar a confusão: é que diferentes relatórios oficiais concluem que os raios electromagnéticos emitidos pelos telefones portáteis não representam qualquer perigo para a saúde, mas ao mesmo tempo recomendam a tomada de medidas de precaução... enquanto esperam conhecer os resultados de outros tantos estudos em curso!

(voltar)

Ø  A potência das microondas

            Os sistemas de telefonia móvel emitem e recebem microondas. Da mesma natureza que as dos fornos domésticos, estas microondas são diferentes pela sua potência.
            A da radiação de um telefone é de 2 watts (W) no máximo, contra 300 a 700 dos fornos. Mas uma vez que os telemóveis estão em contacto com a caixa craniana, uma parte dessas radiações atinge o cérebro. A potência de emissão de um telefone portátil é modulada por um dispositivo que a optimiza em função da situação.
            Por exemplo, o telemóvel emitirá 250 megawatts (MW) a muitos quilómetros da antena, mas apenas10 MW se estiver perto daquela. No momento da ligação, a potência é ajustada a um nível elevado e depois reduz-se até estabi1izar num nível mínimo compatível com uma boa qualidade de comunicação. O telefone móvel emite então ao máximo quando o seu utilizador se desloca ou quando está longe de uma antena.
            A potência de emissão destas antenas é de cerca de 15 W. Segundo a maior parte dos especialistas, as suas ondas não serão mais perigosas do que as emitidas por outras fontes do campo electromagnético.

(voltar)

Ø      Os campos electromagnéticos

            As condições de vida nas sociedades modernas implicam a exposição, em maior ou menor grau, a Campos Electromagnéticos gerados por uma diversificada variedade de fontes sejam estas artificiais (criadas pelo génio inventivo do homem) ou naturais – isto é, aquelas que sempre nos rodearam ao longo da história.
            As fontes artificiais incluem os sistemas de geração e distribuição de energia eléctrica, a iluminação eléctrica, os electrodomésticos, os monitores de televisão e computadores, a radiodifusão, os radares assim como diversos sistemas de telecomunicações, entre inúmeras outras. As fontes naturais, como o sol ou o núcleo da Terra, também criam Campos Electromagnéticos da mesma natureza dos gerados artificialmente, emitindo radiações de frequências diferentes. Na verdade, as ondas rádio, na sua essência, só diferem da luz solar no que se refere à frequência com que se propagam.
            As emissões de Campos Electromagnéticos devem ser claramente diferenciadas em emissões ionizantes e não ionizantes. As emissões ionizantes correspondem, como descrito na figura1, a frequências elevadas, superiores a 1 milhão de GHz. As radiações emitidas a estas frequências dispõem de energia quântica suficiente para realizar a libertação de electrões dos átomos de matéria exposta a esta radiação (Ionização) podendo, portanto, quebrar ligações químicas e permitir o aparecimento de novas formações atómicas e moleculares.
            As emissões não-ionizantes, com frequências mais baixas, como as usadas nas comunicações móveis (0,9 a 2,2 GHz), só dispõem de energia suficiente para provocar o aumento de temperatura dependendo da potência de emissão usada, sem que se verifique qualquer alteração conhecida das formações celulares. Esta variação de temperatura tem uma amplitude relativamente baixa e negligenciável, se comparada com outras variações de temperatura, como as provocadas por factores naturais a que somos submetidos no nosso dia a dia.
Figura 1: Espectro electromagnético

(voltar)

Ø  A rede de comunicações móveis

            As comunicações móveis necessitam de uma infra-estrutura de telecomunicações que consiste numa rede, com diversos e diversificados elementos interligados entre si para garantir uma cobertura que satisfaça os clientes e que cumpra os requisitos acordados aquando da atribuição da licença de prestação deste tipo de serviço. Os elementos da rede mais visíveis para o público em geral são os terminais móveis, comummente chamados telefones móveis ou telemóveis, e as antenas que permitem a ligação com esses terminais. É importante distinguir as antenas da estrutura que as suporta. A estrutura de suporte, o mastro, serve única e exclusivamente para colocar as antenas à altura que garanta uma melhor cobertura.
            A presença de antenas em nosso redor não é uma novidade uma vez que a difusão do sinal de rádio AM, FM e de televisão já se realiza há décadas. Os bombeiros, a polícia e outras entidades utilizam as radiofrequências para comunicar entre si. Estas transmissões usam normalmente potências elevadas, de forma a permitir largas zonas de cobertura. Na figura 2 referenciam-se os valores típicos de potência utilizados:
Fonte
Potência
Equipamento Terminal – Telemóvel
até 2 watts
Estação GSM indoor – Interior de edifícios
até 5 watts
Estação GSM exterior
até 200 watts
Transmissor VHF Policia
até 350 watts
Transmissor HF Bombeiros e Radioamadores
entre 300 a 1000 watts
Radar tráfego aéreo
2000 a 10000 watts
Estação de Rádio FM
100000 watts
Estação transmissão TV
100000 a 750000 watts
Figura 2: Valores típicos de potência utilizados
            Analisando os valores da tabela, devemos perguntar porque surgem, por vezes, manifestações de preocupação centradas quase exclusivamente nas radiações emitidas pelas antenas de comunicações móveis.
            A resposta terá, seguramente, relação com a falta de esclarecimento adequado e com o facto de que as antenas GSM são muito mais numerosas e se encontram, também, instaladas mais perto, ou mesmo, inseridas em zonas urbanas. No entanto, a sua contribuição para o campo electromagnético total é muito pequena.
Figura 3: Relação entre as fontes de emissão electromagnéticas

            A distribuição geográfica destas antenas relaciona-se, principalmente, com dois factores:
·        Cobertura, de forma a garantir que em qualquer local seja permitido comunicar;
·        Capacidade, de modo a garantir o acesso ao meio, uma vez que cada estação tem uma capacidade finita. À medida que aumenta o número de solicitações devem ser instaladas outras estações nas imediações. Em contraponto a potência de emissão do conjunto das estações vai diminuindo na proporção da sua quantidade para que não sejam produzidas interferências. Esta é a razão pela qual as estações-base se encontram mais perto umas das outras em ambiente urbano;

            A figura 4 representa graficamente o plano vertical do Campo Electromagnético criado por uma antena GSM situada a 15 metros de altura e as ordens de grandeza do mesmo, relativamente aos níveis permitidos no seio da Comunidade Europeia.
Figura 4: Representação gráfica do campo electromagnético

(voltar)

Ø  Regulamentação

            As recomendações e normas existentes aqui referidas sobre a exposição a Campos Electromagnéticos fixam os níveis de radiação, cujos valores não devem ser ultrapassados, de modo a garantir a segurança do público em geral. Estes níveis foram apresentados após a introdução de um factor de segurança bastante elevado sobre os valores que foram determinados experimentalmente em laboratório, criando-se, assim, uma elevada margem de protecção.
            A preocupação com a necessidade de normalizar esta questão emergiu na década de 80, quando começaram a surgir resultados concretos de estudos científicos. Os membros do IRPA –International Radiation Protection Agency, decidiram, durante a realização do seu 8º Congresso, criar o ICNIRP, (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection), como organismo científico independente responsável pelo estudo dos riscos associados à exposição a emissões de energia electromagnética não ionizante, assim como pela publicação de recomendações técnicas associadas. Este organismo publicou, em 1998, as recomendações resultantes dos estudos realizados até então. Estas recomendações apresentam os valores de campo electromagnético que se consideram seguros em função da gama de frequências até aos 300 GHZ. A estes valores é aplicado um factor de segurança igual a cinquenta para a determinação dos limites. Isto significa que os limites definidos para o público em geral representam um valor 50 vezes inferior aquele que foi determinado como seguro.
            A OMS (Organização Mundial de Saúde) ratificou, após estudo aprofundado, as conclusões apresentadas pelo ICNIRP, reconhecendo que representam um nível adequado de protecção no que se refere à exposição a campos electromagnéticos.
            Diversos países (França, Espanha, Reino Unido, Alemanha, Áustria, Irlanda, Suécia, Turquia, Canadá, Austrália entre outros) adoptaram as recomendações do ICNIRP, criando legislação nacional homologando essas directivas.
            A Comunidade Europeia publicou a directiva 1999/519/EC de 12 de Julho de 1999 estabelecendo os níveis máximos de exposição a campos electromagnéticos. Os limites estabelecidos são concordantes com os definidos pelo ICNIRP.
            A ANACOM em deliberação de 6 de Julho de 2001, traduziu em termos nacionais a aplicação desta regulamentação comunitária. Os limites aplicados às comunicações móveis encontram-se referidos na tabela seguinte. (figura 5)
Sistema de Comunicações Móveis
Intensidade do Campo Eléctrico E (V/m)
Intensidade do Campo Magnético H (A/m)
Densidade de Potência
(W/m2)
GSM 900 MHz
41.25
0.11
4.5
DCS 1800 MHz
58.33
0.16
9
UMTS 2000 MHz
61
0.16
10
Figura 5: Limites de exposição a campos electromagnéticos

            Depois de muita polémica gerada em torno dos valores, ou a falta destes, de DAS (em francês) ou SAR (em inglês significa: Specific Absortion Rate) que traduzem a quantidade de radiações electromagnéticas emitidas pelos telemóveis, chegou-se a um consenso que levou os principais fabricantes à disponibilização destes dados.
            A OMS (Organização Mundial de Saúde) estipulou como valor máximo de DAS 4 [W/kg], sendo que na Europa este valor fixou-se nos 2 [W/kg] e nos Estados Unidos 1.6 [W/kg]. Embora não exista um consenso científico no que diz respeito aos malefícios provenientes de um contacto com radiações acima dos valores estipulados como máximos, verifica-se que existe uma preocupação crescente da parte dos consumidores, numa tentativa de evitar a compra de aparelhos considerados nocivos para a saúde.

(voltar)

Ø  Investigação sobre os efeitos da radiação electromagnética na saúde humana

            Qualquer agente externo provoca reacções biológicas no corpo humano. Por exemplo, a radiação proveniente do sol produz efeitos distintos sobre os tecidos biológicos que formam o corpo humano. Estes efeitos podem ser inócuos (reacção de incremento da irrigação sanguínea nas zonas cutâneas expostas ao sol como resposta ao aumento da temperatura), benéficos (produção de Vitamina D), ou prejudiciais (queimaduras solares).
            Os resultados das investigações realizadas até hoje, à luz do conhecimento científico detido actualmente, não demonstraram a existência de quaisquer perigos para a saúde resultantes da exposição a campos electromagnéticos gerados pelas estações-base de uma rede de comunicações móveis e pelos terminais móveis, conforme atesta a declaração da OMS. A comunidade científica continua, no entanto, a investigar todas as fontes de energia electromagnética na tentativa de eliminar todas as lacunas relativas a possíveis efeitos ainda desconhecidos. Na realidade, se é fácil comprovar cientificamente que algo tem efeitos nefastos para a saúde, o contrário é no entanto impossível, mesmo após a apresentação de conclusões de 6000 estudos realizados durante os últimos 40 anos

            Um médico do “Medical College of Wisconsin” caracteriza bem a situação actual, quando afirma: “Não existe um método para provar que algo não causa malefícios. Tentamos provar que causa, quando falharmos vezes suficientes, concluiremos, eventualmente um dia, que não causa.”
           
            No que se refere, especificamente, aos sistemas de comunicações móveis, os estudos mais recentes concluem, de acordo com a evidência científica existente, que as antenas das estações base e os telemóveis não representam um perigo para a saúde pública, desde que sejam cumpridos os níveis limite estabelecidos.
            A OMS refere ainda que tanto as medições como os cálculos realizados até à data demonstram que os níveis de emissão de radiações electromagnéticas, com origem nas estações base das redes de comunicações móveis, são muito inferiores aos limites estabelecidos.
Figura 6: Barreira hematoencefálica do cérebro fragilizado

(voltar)

Ø  Algumas precauções elementares:

            No seu segundo aviso relativo aos telemóveis (Janeiro de 2003), a Comissão de Segurança dos Consumidores dá os seguintes conselhos:

·    PARA OS FABRICANTES
            - Comercializar combinados de telemóveis com um DAS muito fraco;
            - Fornecer sistematicamente, no momento da compra, um acessório que permita afastar a antena das partes sensíveis do corpo humano (cabeça, implantes cardíacos...);
            - Indicar o valor do DAS dos telemóveis já em serviço;
            - Melhorar a cobertura do território.

·    PARA OS UTILIZADORES
            - Utilizar combinados de telemóveis com um DAS muito fraco;
            - Utilizar o kit mãos livres;
            - Limitar as chamadas;
            - Não utilizar o telemóvel enquanto conduz.

Nota: DAS é o débito de absorção específica (em francês, que dá origem à sígla, débit d'absortion spédfique), que representa a potência absorvida por unidade de massa. É expressa em watts por quilograma (W/Kg). Quando todo o corpo é exposto à radiação, o DAS médio é definido pela relação entre a potência total absorvida pelo indivíduo e a sua massa.